DE10104104A1

DE10104104A1 - Device, for removing fluid soil samples, comprises driven rod assembly having rinsing opening, stop valve in rinsing agent line and return flow bore with stop valve

Info

Publication number: DE10104104A1
Application number: DE2001104104
Authority: DE
Inventors: Heinz Gloth; Johannes Flachowski; Tobias Mandt
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: DE10104104C2

Abstract

Device for removing fluid soil samples comprises a driven rod assembly (3) having a rinsing opening (9), a stop valve (12) in a rinsing agent line (10, 18) and a return flow bore (19, 20) with a stop valve (11). An independent claim is also included for a process for taking a sample using the above device. Preferred Features: The rinsing opening is arranged on the head (7) of the rod assembly. The head is formed as a drilling tool. The rod assembly is connected to a suction pump with a collecting vessel and/or a sample receiving container arranged before the pump.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entnehmen von Fluiden, beispielsweise Bodenproben beispielsweise im Zusammenhang mit der Erkundung und Sanierung von Altlasten wie kontaminierten Böden oder deponienahen Bodenschichten.The invention relates to a device for removing Fluids, for example soil samples, for example in connection with the exploration and remediation of contaminated sites such as contaminated soil or Soil layers near the landfill.

Es ist bekannt, beim Erstellen oder auch Aufweiten von Erdbohrungen das Erdreich hydromechanisch, d. h. mit Hilfe eines am Kopf eines Bohrgestän ges angeordneten Werkzeugs abzubauen und dabei gleichzeitig das abge baute Erdreich mit Hilfe einer am Bohrkopf austretenden Spülflüssigkeit über den Ringraum zwischen dem Gestänge und dem umgebenden Erdreich in Richtung Startgrube abzufördern. Mit Hilfe einer Analyse der in der Start grube austretenden, mit dem abgebauten Erdreich bzw. Bohrklein beladenen Spülflüssigkeit läßt sich grundsätzlich auch feststellen, ob das Erdreich kontaminiert ist. Eine Lokalisierung der Kontamination im Erdreich ist jedoch nicht möglich, weil sich die Zusammensetzung der beladenen Spülflüssigkeit auf dem oft sehr langen Weg vom Bohrkopf zur Startgrube je nach der Ent fernung zwischen Bohrkopf und Startgrube mehr oder minder stark verän dert. Die Ursache hierfür ist ein nicht zu vermeidender Abbau von Erdreich im Ringraum zwischen Bohrgestänge und umgebendem Erdreich einerseits sowie ein Zufluß/eine Zufuhr von Wassern und Gasen aus dem umgebenden Erdreich in den Bohrungs-Ringraum hinein. Auf diese Weise kann es auch zum Eindringen von Schadstoffen aus dem umgebenden Erdreich in die Spülflüssigkeit kommen.It is known that when drilling or expanding boreholes Soil hydromechanical, d. H. using one on the head of a drill pipe to dismantle the arranged tool and at the same time remove the abge built up soil with the help of a flushing liquid emerging from the drill head the annular space between the rod and the surrounding earth in To be removed towards the starting pit. With the help of an analysis of the start pit emerging, loaded with the excavated soil or cuttings Basically, flushing liquid can also be used to determine whether the soil is contaminated. A localization of the contamination in the ground is however not possible because the composition of the loaded rinsing liquid on the often very long way from the drill head to the starting pit depending on the ent the distance between the drill head and the starting pit changes more or less strongly changed. The reason for this is an unavoidable mining of soil in the annulus between the drill pipe and the surrounding soil on the one hand and an inflow / supply of water and gases from the surrounding soil into the bore annulus. In this way it can also penetrate pollutants from the surrounding area Soil in the flushing liquid.

Die Entnahme fester bzw. nicht fluider Erdreichproben aus Horizontalboh rungen hat sich nicht bewährt, weil die dafür erforderlichen Vorrichtungen sehr aufwendig und schwierig zu handhaben sind. Der Grund dafür liegt vor allem darin, daß die Probenentnahme im Bereich des Bohrkopfs eine dort wirksame Mechanik erfordert, die es erlaubt, einen speziellen Probennehmer zu betätigen. The taking of solid or non-fluid soil samples from horizontal boh stungen has not proven itself because the necessary devices are very complex and difficult to handle. The reason for this is there all in that the sampling in the area of the drill head there requires effective mechanics that allow a special sampler to operate.

Die Bodenuntersuchung findet daher üblicherweise mit Hilfe von Vertikal bohrungen statt. Diese liefern jedoch nur dann ein zuverlässiges Bild von der Beschaffenheit und den Abmessungen einer Erdreichkontamination, wenn die Zahl der niedergebrachten Bohrungen je Flächeneinheit ein bestimmtes Maß erreicht. Die notwendige Dichte und gleichmäßige Verteilung der Bohr punkte über die zu untersuchende Fläche scheitert jedoch häufig daran, daß die zu untersuchenden Bodenschichten mit einer Vertikalbohrung nicht erreichbar bzw. stark lückenhaft sind. Dies ist beispielsweise unter Gebäuden, Verkehrswegen und Gewässern der Fall. Unter Deponien ergibt sich das besondere Problem, daß die Deponie selbst und die darunter befindliche Sohlenabdichtung durchbohrt werden müssen, was nicht nur schwierig und gefährlich ist, sondern Ursache für zusätzliche Bodenkontaminationen sein kann.Soil analysis is usually carried out with the help of vertical holes instead. However, these only provide a reliable picture of the Condition and dimensions of soil contamination, if the number of holes drilled per unit area is a certain one Measure reached. The necessary density and even distribution of the Bohr However, points about the area to be examined often fail because the soil layers to be examined with a vertical hole are not are attainable or very sketchy This is for example under Buildings, traffic routes and bodies of water. Under landfills the particular problem that the landfill itself and the one below it existing sole seal must be drilled, which not only difficult and dangerous, but cause of additional Soil contamination can be.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, ein kostengünstiges Verfahren zum Gewinnen von fluiden Bodenproben zu schaffen, das ein zuverlässiges Bild von der Beschaffenheit und der Ausdehnung einer Erdreichkontamination liefert.The invention is therefore directed to an inexpensive method for Obtaining fluid soil samples to create a reliable picture on the nature and extent of soil contamination supplies.

Erfindungsgemäß ist dies mit Hilfe einer Vorrichtung möglich, bei der ein Gestänge mit mindestens einer Spülöffnung vorzugsweise am Gestängekopf, beispielsweise unmittelbar hinter dem Bohrkopf versehen ist, um das hydraulisch oder auch hydromechanisch abgebaute Erdreich für eine Probennahme zu gewinnen. In der Spülmittelzuleitung befindet sich ein Absperrventil, mit dessen Hilfe sich die Spülmittelzufuhr zu den Spülöffnungen unterbrechen läßt.According to the invention, this is possible with the aid of a device in which a Linkage with at least one flushing opening, preferably on Rod head, for example, is provided directly behind the drill head, around the hydraulically or hydromechanically excavated soil for one Win sampling. There is a in the detergent supply Shut-off valve, with the help of which the detergent supply to the Can interrupt rinsing openings.

In dem beispielsweise rohrförmigen Gestänge befindet sich des weiteren mindestens eine Rückflußbohrung mit einem Absperrventil, die es erlaubt, bei geöffnetem Ventil mit abgebautem Erdreich beladene Spülflüssigkeit aus dem Ringraum zwischen der Rückflußbohrung und der Spülöffnung über das Rohrinnere abzuziehen und einer Untersuchung in der Startgrube oder übertage zuzuführen. Das Untersuchungsergebnis kann dazu dienen, die Menge und die Zusammensetzung der Spülflüssigkeit zu ändern, um optimale Abbauverhältnisse zu gewährleisten.In the tubular rod, for example, is furthermore at least one backflow hole with a shut-off valve, which allows If the valve is open, flushing liquid loaded with soil removed the annulus between the backflow hole and the purge opening on the Pull off the inside of the pipe and examine it in the starting pit or feed above ground. The result of the investigation can serve to: Amount and composition of the rinsing liquid to change to ensure optimal mining conditions.

Die Rückflußbohrung sollte möglichst nahe an der Spülöffnung angeordnet sein.The backflow hole should be located as close as possible to the flushing opening his.

Um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezielt Bodenproben entneh men zu können, braucht lediglich die Spülflüssigkeitszufuhr zu den Spülöff nungen, beispielsweise Düsen, am Gestängekopf unterbrochen und die Rückflußbohrung geöffnet zu werden, um sodann die mit Erdreich beladene Spülflüssigkeit aus dem Ringraum zwischen dem Gestängekopf und der Mündung der Rückflußbohrung ganz oder teilweise absaugen zu können. Die Genauigkeit der Probennahme hängt dann davon ab, wie groß der Abstand zwischen dem Bohrkopf und der Rückflußbohrung ist. Dabei gilt, je geringer dieser Abstand ist, desto genauer ist die Probennahme.In order to take soil samples in a targeted manner with the device according to the invention To be able to do this, all that is required is the supply of flushing liquid to the flushing opening openings, for example nozzles, are interrupted on the rod head and the Reflux hole to be opened, then the one loaded with soil Flushing liquid from the annular space between the rod head and the To be able to completely or partially aspirate the mouth of the reflux hole. The accuracy of the sampling then depends on how large the The distance between the drill head and the backflow hole is. The following applies here the smaller this distance, the more precise the sampling.

Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe verhältnismäßig weniger Horizon talbohrungen eine Vielzahl von Proben zu nehmen, die bei geringem Abstand voneinander ein zuverlässiges Profil der Bodenbeschaffenheit bzw. -zusammensetzung ergibt. Eine Gefährdung von Altlasten oder Deponien ist damit nicht verbunden, weil sich die Bohrung in sicherem Abstand von der Altlast bzw. Deponie halten läßt und weil es mit Hilfe einer Lenkfläche am Bohrkopf möglich ist, eine Altlast bzw. Deponie unterhalb oder auch seitlich zu umfahren.This way it is possible with the help of relatively less horizon valley holes to take a variety of samples at low Distance from each other a reliable profile of the soil condition or composition results. There is a risk to contaminated sites or landfills not connected because the hole is at a safe distance from the Contaminated site or landfill can be kept and because it is with the help of a steering surface on Drilling head is possible, a contaminated site or landfill below or laterally to bypass.

Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch für eine Probennahme im Rahmen einer vertikalen Bohrung.Basically, the device according to the invention is also suitable for a sample taken as part of a vertical drilling.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch an beliebiger Stelle zwischen einzelnen Gestängeelementen plaziert sein. In principle, the device according to the invention can also be used on any Place between individual linkage elements.

Besonders bewährt haben sich ein Schieberventil zum Absperren beispiels weise kranzförmig angeordneter Rückflußbohrungen und/oder ein Rück schlagventil in der Spülmittelleitung vor dem Gestängekopf. Die beiden Ven tile können in der Spülmittelleitung bzw. im Innern eines rohrförmigen Gestänges hintereinander angeordnet sein. Die Rückflußbohrungen können sich dann in dem Bereich zwischen den beiden Ventilen befinden. Demge mäß ist dieser Bereich entweder zu den Spülöffnungen bzw. Düsen am Bohrkopf und zur Startgrube hin offen oder zum Ringraum und zur Start grube.A slide valve for shutting off has proven particularly useful wise reflux holes and / or a return Check valve in the flushing agent line in front of the rod head. The two Ven tiles can be in the detergent line or inside a tubular Linkage can be arranged one behind the other. The backflow holes can are then in the area between the two valves. Demge This area is either facing the flushing openings or nozzles Drill head and open to the launch pit or to the annulus and to the start pit.

Der Gestängekopf bzw. Bohrkopf ist vorzugsweise als Bohrwerkzeug ausgebildet oder mit einem Bohrwerkzeug versehen, so daß auch ein mechanischer Erdreichabbau möglich ist.The drill head or drill head is preferably a drilling tool trained or provided with a drilling tool, so that a mechanical soil mining is possible.

Das Abfördern der mit abgebautem Erdreich beladenen Spülflüssigkeit geschieht vorzugsweise mit Hilfe einer Saugpumpe, der in Strömungsrich tung ein Sammler und/oder ein Probennahmebehälter vorgeschaltet sein können. Der Sammler und/oder der Probennahmebehälter können außer dem über eine Pumpe mit einem Aufbereitungsbehälter verbunden sein, in dem die rückgeführte Spülflüssigkeit für einen erneuten Einsatz zurückge wonnen wird.The removal of the flushing liquid loaded with mined soil is preferably done with the help of a suction pump in the flow direction tion upstream of a collector and / or a sampling container can. The collector and / or the sampling container can save connected to a treatment tank via a pump, in which the returned rinsing liquid is returned for reuse is won.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is illustrated below with the aid of one in the drawing Exemplary embodiment explained in more detail. The drawing shows:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Horizontalbohren mit einem vergrößert darge stellten Bohrkopf und Fig. 1 shows a device for horizontal drilling with an enlarged Darge presented drilling head and

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Absaugen und Aufbereiten der mit Erdreich beladenen Spülflüssigkeit. Fig. 2 shows a device for suctioning and treating the flushing liquid loaded with soil.

Die Bohrvorrichtung besteht aus einer übertage angeordneten Lafette 1 mit einem in Längsrichtung der Lafette verfahrbaren Drehantrieb 2 für ein Gestänge 3, das über eine Startgrube 4 in das Erdreich 5 mit einem Depo niekörper 6 eindringt. Das Bohrgestänge ist mit einem Bohrkopf 7 verbun den, der mit einer Lenk- bzw. Schrägfläche 8 und Düsen 9 ausgestattet ist. Zu den Düsen 9 führt im Innern des Gestänges 3 eine Spülmittelleitung 10, in der hintereinander zwei Absperrventile 11 und 12 angeordnet sind. Das Absperrventil 11 besteht aus einer von einer vorgespannten Feder 13 beauf schlagten Schiebehülse 14, während das Absperrventil 12 aus einem Kugel ventil mit einer von einer vorgespannten Feder 15 beaufschlagten Kugel 16 und einem Ventilsitz 17 besteht.The drilling device consists of a surface-mounted mount 1 with a rotary drive 2 which can be moved in the longitudinal direction of the mount for a linkage 3 which penetrates into the soil 5 via a starting pit 4 with a deposit body 6 . The drill pipe is connected to a drill head 7 which is equipped with a steering or inclined surface 8 and nozzles 9 . A flushing agent line 10 , in which two shut-off valves 11 and 12 are arranged one behind the other, leads to the nozzles 9 in the interior of the linkage 3 . The shut-off valve 11 consists of a sliding sleeve 14 struck by a preloaded spring 13 , while the shut-off valve 12 consists of a ball valve with a ball 16 loaded by a preloaded spring 15 and a valve seat 17 .

Der Abschnitt 18 der Spülmittelleitung 10 zwischen den beiden Absperrventilen 11, 12 ist über zum Bohrkopf 7 hin geneigte Rückflußboh rungen 19, 20 mit dem das Gestänge 3 bzw. den Bohrkopf 7 umgebenden Ringraum 21 verbunden.The section 18 of the flushing agent line 10 between the two shut-off valves 11 , 12 is connected to the return head 7 inclined backflow bores 19 , 20 with the linkage 3 or the drill head 7 surrounding annular space 21 .

Vom oberirdischen Ende des Bohrgestänges 3 führt eine Spülmittelleitung 22, 30 zu einem Sammelbehälter 23 und zu einem Probennahmebehälter 24. Beide Behälter sind über Rückleitungen 25, 26, 27 mit einer Anlage 28 zum Aufbereiten der mit Erdreich beladenen Spülflüssigkeit verbunden. Die Aufbereitungsanlage 28 ist über eine Leitung 29 mit der Spülmittelleitung 22 verbunden.From the above-ground end of the drill pipe 3 , a flushing agent line 22 , 30 leads to a collecting container 23 and to a sampling container 24 . Both containers are connected via return lines 25 , 26 , 27 to a system 28 for preparing the flushing liquid loaded with soil. The treatment system 28 is connected to the detergent line 22 via a line 29 .

Der Sammelbehälter 23 und der Probennahmebehälter 24 sind über zwei Leitungen 30 und 31 miteinander verbunden. In die Leitung 30 mündet die Leitung 22, während die Leitung 31 an eine Saugpumpe 32.The collecting container 23 and the sampling container 24 are connected to one another via two lines 30 and 31 . Line 22 opens into line 30 , while line 31 leads to a suction pump 32 .

In den Leitungen 22, 25, 26, 27, 29, 30, 31 befinden sich Absperrventile 33 bis 39 und Dreiwegeventile 40 bis 43, mit deren Hilfe es möglich ist, die mit dem Erdreich beladene Spülflüssigkeit entweder dem Sammelbehälter 23 oder dem Probennahmebehälter 24 zuzuführen oder auch über das Dreiwegeventil 43 auszuschleusen. Aus den beiden Behältern 23, 24 kann die mit Erdreich beladene Spülflüssigkeit mittels einer Pumpe 44 der Aufbereitungs anlage 28 zugeführt werden, aus der die aufbereitete Spülflüssigkeit über eine weitere Pumpe 45 und das Dreiwegeventil 40 dem Bohrgestänge wie der zugeführt wird.In the lines 22 , 25 , 26 , 27 , 29 , 30 , 31 there are shut-off valves 33 to 39 and three-way valves 40 to 43 , with the aid of which it is possible to supply the flushing liquid loaded with the soil either to the collecting container 23 or to the sampling container 24 or also to discharge via the three-way valve 43 . From the two containers 23 , 24 , the flushing liquid loaded with soil can be supplied by means of a pump 44 to the treatment system 28 , from which the treated flushing liquid is fed to the drill pipe via a further pump 45 and the three-way valve 40 .

Beim normalen Bohr- bzw. Vorschubbetrieb bewegt sich das rotierende Gestänge 3 auf geradem Wege durch das Erdreich, ohne daß die Lenkflä che 8 zur Wirkung kommt, wie das beispielsweise in der DE 196 12 902 C1 beschrieben ist. Dabei befindet sich die Schiebehülse 14 in ihrer vorderen bzw. rechten Endstellung, so daß die Rückflußöffnungen bzw. -kanäle 19, 20 geschlossen sind. Das Rückschlag- bzw. Kugelventil 12 befindet sich hinge gen - ebenfalls unter dem Einfluß des Spülmitteldrucks - in seiner Offenstel lung, so daß die Spülflüssigkeit ungehindert die Bohrkopfdüsen 9 erreicht.During normal drilling or feed operation, the rotating linkage 3 moves in a straight path through the ground without the steering surface 8 having an effect, as is described, for example, in DE 196 12 902 C1. The sliding sleeve 14 is in its front or right end position, so that the reflux openings or channels 19, 20 are closed. The check valve or ball valve 12 is located in the open position, also under the influence of the flushing agent pressure, so that the flushing liquid reaches the drill head nozzles 9 unhindered.

Im Falle einer Probennahme wird die Spülmittelzufuhr zum Gestänge unter brochen, so daß sich die Schiebehülse 14 unter dem Einfluß der Druckfeder 13 in die in Fig. 1 dargestellte rückwärtige Endstellung bewegt und die Rück flußkanäle 19, 20 freigibt. Gleichzeitig schließt das Rückschlag- bzw. Kugel ventil 12 unter dem Einfluß der Ventilfeder 15, so daß aus den Bohrkopfdü sen 9 kein Spülmittel mehr austreten kann. Der Ringraum 21 ist dann über die Rückflußbohrungen 19, 20, den Abschnitt 18 und die Spülmittelleitung 10, 22, 30, 31 an die Saugpumpe 32 angeschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, Ringraumflüssigkeit in den Probennahmebehälter 24 abzusaugen und von dort einer Untersuchung zuzuführen.In the case of a sampling, the detergent supply to the linkage is interrupted, so that the sliding sleeve 14 moves under the influence of the compression spring 13 into the rear end position shown in FIG. 1 and the back flow channels 19 , 20 are released . At the same time, the check valve or ball valve 12 closes under the influence of the valve spring 15 , so that no detergent can escape from the Bohrkopfdü sen 9 . The annular space 21 is then connected to the suction pump 32 via the backflow bores 19 , 20 , the section 18 and the flushing agent line 10 , 22 , 30 , 31 . In this way it is possible to aspirate annular fluid into the sampling container 24 and to conduct an analysis from there.

Nach der Probennahme können das Bohrgestänge 3 bzw. die Spülmittellei tung 22, 10 sowie der Leitungsabschnitt 18 dadurch gereinigt, d. h. von der mit Erdreich beladenen Restflüssigkeit befreit werden, daß zunächst Spül flüssigkeit, üblicherweise eine Wasser-Bentonit-Emulsion, mit geringem Druck in das Gestänge eingeleitet wird. Der geringe Druck verhindert ein Betätigen der beiden Ventile 11, 12. Demzufolge bleiben die Bohrkopfdüsen 9 zunächst weiterhin geschützt und wird die mit Erdreich beladene Spülflüs sigkeit durch die Rückflußbohrungen nach außen gedrückt.After sampling, the drill pipe 3 or the rinsing agent line 22 , 10 and the line section 18 can be cleaned, ie freed from the residual liquid loaded with soil, that first rinsing liquid, usually a water-bentonite emulsion, at low pressure into the Linkage is initiated. The low pressure prevents the two valves 11 , 12 from being actuated. As a result, the drill head nozzles 9 initially remain protected and the flushing liquid laden with soil is pressed outward through the backflow holes.

Claims

1. Device for taking fluid soil samples with a driven linkage ( 3 ) with a flushing opening ( 9 ), a shut-off valve ( 12 ) in a flushing line ( 10 , 18 ) to the flushing opening and a backflow hole ( 19 , 20 ) with a shut-off valve ( 11 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the flushing opening ( 9 ) is arranged on the rod head ( 7 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the flushing agent line ( 10 ) a slide valve ( 11 ) and a check valve ( 12 ) are arranged one behind the other and that return bores ( 19 , 20 ) are arranged between the two valves.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one return bore ( 19 , 20 ) in the direction of the rod head ( 7 ) extends inclined.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rod head ( 7 ) is designed as a drilling tool.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the linkage ( 3 ) is connected to a suction pump ( 32 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that a collecting container ( 23 ) and / or a sampling container ( 24 ) is arranged in the flow direction in front of the suction pump ( 32 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that the Sam mel container ( 23 ) and / or the sampling container ( 24 ) via a pump ( 44 ) is connected to a processing system ( 28 ).

9. A method for sampling, characterized in that a Rods with a rod head with detergent openings in a pro position, then the detergent supply to the detergent openings are interrupted and the detergent from the vicinity of the Is sucked off the rod head.

10. The method according to claim 9, characterized in that according to the Sampling initially at short notice when the detergent supply is interrupted to the flushing agent openings with low pressure Is directed towards the drill head.

11. Use of a device according to claims 1 to 7 for through implementation of the method according to claims 8 and 9.